[发明专利]基于分子吸收光谱的发动机燃烧流场速度测量装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于流场速度测试领域，具体涉及一种基于分子吸收光谱的发动机燃烧流场速度测量装置与方法。

背景技术

在航空发动机、火箭发动机等以碳氢化合物为燃料的发动机燃烧流场中，流场速度是分析燃烧状态、评价发动机性能的重要参数之一。但是由于流场速度和气流温度较高，且燃烧、多相流动、传热与传质过程十分复杂，给测量带来了很多困难。

目前，常用的发动机燃烧流场速度的测量方法为侵入式测量方法和图像测量法。侵入式测量方法将测试部件置于流场中，不仅易干扰流场，甚至会造成流场的改变，并且结果通常需要进一步修正，精度不高；图像测量法通常需对流场加入示踪粒子，而对于发动机燃烧流场来说，在流场中均匀加入示踪粒子较为困难，同时示踪粒子图像易被很强的燃烧火焰信号所湮没，且示踪粒子也会影响燃烧。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，基于分子吸收光谱，以燃烧流场中燃气组分浓度变化造成的激光光强变化作为脉动信号，通过上下游两束激光的脉动信号的互相关分析，获得互相关渡越时间，并结合两束激光的间距，计算燃烧流场速度测量，提供了一种非接触式基于分子吸收光谱的发动机燃烧流场速度测量装置与方法，实现高温高速燃烧流场的速度测量，进一步提高现有流场速度测量装置的简易度，同时提高测量灵敏度。

本发明采用了如下技术方案：

本发明提供的基于分子吸收光谱的发动机燃烧流场速度测量装置，用于测量发动机燃烧流场中的流场速度，具有这样的特征，包括：激光设定单元，用于设定激光器的工作波长和强度；激光分束单元，位于发动机燃烧流场一侧，包括将激光设定单元输出的激光分成两束的激光分束器；测量单元，位于发动机燃烧流场另一侧，和激光分束单元相对，包括两个接收激光分束单元输出的两束激光经待测燃烧流场后的透射光激光探测器；以及数据处理单元，对探测单元的信号进行处理，得到燃烧流场速度。

本发明提供的基于分子吸收光谱的发动机燃烧流场速度测量装置，还可让具有这样的特征，还包括：数据采集系统，用于记录保存测量单元的激光光强信号以及数据处理单元的处理结果。

本发明提供的基于分子吸收光谱的发动机燃烧流场速度测量装置，还可让具有这样的特征：激光设定单元和激光分束单元通过光纤连接。

本发明提供的基于分子吸收光谱的发动机燃烧流场速度测量装置，还可让具有这样的特征：激光分束单元还包括两个准直器，激光分束器连接，用于将激光分束器分出的两束光以垂直于流场方向且沿流场轴向平行排列的方式输出。

进一步的，本发明还提供了一种基于分子吸收光谱的发动机燃烧流场速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，激光设定单元将激光器工作波长调制到选定的燃气组分分子吸收谱线，比如H₂O分子的7185.597cm^-1、7168.437cm^-1等；

步骤2，激光分束单元将激光设定单元输出的激光分成在沿待测燃烧流场轴向平行排列的两束，并将两束激光垂直入射待测发动机燃烧流场，透射光由对面的激光探测单元接收；

步骤3，数据处理单元对探测单元的信号进行处理，得到燃烧流场速度。

本发明提供的基于分子吸收光谱的发动机燃烧流场速度测量方法，还可让具有这样的特征：数据处理单元将两个激光透射信号作为互相关分析的随机信号x(t)和y(t)，开展两信号的互相关函数分析：

Rxy(τ)=limT→∞1T∫0Tx(t)x(t+τ)dt]]>